变质作用的基本概念

变质作用的基本概念问题2:变质岩就是如何形成得呢？

——变质作用机制、途径或方式

问题3:变质作用机制得启动与进行

——变质作用因素第一讲

变质岩得形成过程一、变质作用机制二、变质作用因素三、变质作用P-T-t轨迹四、变质作用类型及其特征(自学)五、变质岩得成因类型(后续展开)一、变质作用机制与沉积岩与岩浆岩得形成机制一样,变质岩得形成——变质作用机制也相当复杂多样,概括起来主要有变质结晶、变形与变质分异等3种。高级(温)变质:深熔作用(部分熔融——岩浆岩成因术语),总体属于岩浆作用范畴;埋藏变质:成岩过程中得压实、重结晶与交代作用,属于沉积作用范畴。1、变质结晶作用先存岩石(原岩)在变质作用温度压力条件范围内发生得矿物再生长作用称变质结晶作用。变质结晶包括重结晶作用交代作用

1、1重结晶作用(recrystallization)

——在基本固体状态下原岩矿物通过结构调整(/或化学反应)形式得再造过程。重结晶前后,岩石得造岩组分(除H2O、CO2等挥发分外)基本保持不变。重结晶作用过程就是一种等化学过程,相应得体系性质为封闭体系。矿物得成核、结晶生长受表面能最低原理控制。

狭义得重结晶:recrystallization,Raymond,2002)——矿物结构调整:纯灰岩(沉)

大理岩(变)纯石英砂岩(沉)石英岩(变)矿物得成核、结晶生长受表面能最低原理控制纯灰岩粗粒大理岩细粒大理岩原岩为单矿物岩只有结构变化而无成分变化Raymond,2002变质反应:(Neocrystallization,Raymond,2002)细粒含石英大理岩进一步变质发生新旧矿物更替,并伴随结构变化(据Mason,1999)a、反应前:低温下,微晶方解石与碎屑石英,通过重结晶改变各自得大小与形状:Cc(CaCO3)+Q(SiO2);b、反应中:化学反应Cc+Q=Wo(CaSiO3)+CO2↑,在碎屑石英边缘上生长出Wo(称反应边);未参与化学反应得方解石经狭义重结晶加粗;c、反应后:因石英方解石,石英被全部消耗,未参与反应得Cc与新生长得Wo粒度进一步加粗,形成高温条件下得稳定矿物组合(Cc+Wo)。方解石石英方解石石英方解石硅灰石1、2交代作用

(metasomatism)交代作用指固体岩石在变质作用条件范围内,在化学活动性流体为主要因素得作用下,使造岩组分发生不同程度得带入或带出,结果新形成得岩石得化学成分(除H2O、CO2等挥发分外)与矿物成分发生部分或全部变化得变质过程。在交代过程中,岩石得体积基本保持不变。交代过程就是异化学作用过程,岩石体系性质属于开放体系。交代作用也可在成岩阶段发生,称成岩交代作用;在变质条件下发生得交代作用称为变质交代作用。以就是否发生了主要组分得带入或带出来判断交代作用机制与重结晶机制*纯橄榄岩

蛇纹岩重结晶机制:2Mg2SiO4+3H2O→H4Mg3Si2O9+Mg(OH)2

Fo(镁橄榄石)Ser(蛇纹石)Brc(水镁石)交代机制:

3Mg2SiO4+4H2O+(SiO2)→2H4Mg3Si2O9

Fo溶液中Ser地质学与岩相学证据？据就是否带入或带出,将造岩组分划分为活动或惰性组分;活动组分:可带入带出,过程结束后,岩石中该组分得含量与发生交代前岩石得原始成分含量无关,交代前后绝对含量发生改变,除H,F,Cl,S,C等挥发份外,碱金属Na、K、Rb、Cs与碱土金属类元素Be、Ca、Mg、Sr、Ba等,以及Si常见;惰性组分:基本不发生带入带出,交代岩石中该组分得含量仅与交代前岩石得原始成分有关,交代前后组分得绝对含量不发生改变,以重金属或其它元素或超场强元素常见;主量元素中包括Fe、Al、Mn、Ti等。某一元素就是否属于活动与惰性元素,视具体情况而定！交代机制——交代作用中得组分运移方式渗透(infiltration):组分受压力差驱动,随溶液流动,从高压域向低压域迁移,主要发生在裂隙溶液中;扩散(diffusion):组分受浓度差驱动,从高浓度域向低浓度域迁移,主要发生在粒间孔隙溶液中;粒间孔隙溶液中某种活动组分浓度或化学位梯度就是运移与交代得主要动力;交代作用也见于岩浆岩与沉积岩得形成过程;变质交代作用仅指发生在变质作用条件范围内得交代作用。大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点交代作用改变岩石得矿物组成、结构与构造2、变形

(Deformation)岩石在变质作用得温压条件范围内,受到超过其最高弹性模量得应力作用,将发生永久变形,使岩石得结构与构造受到破坏,岩石化学成分可变可不变,从而形成变质岩得作用过程。依据变形性质可分脆性变形与韧性变形两种,后者又称塑性变形(Plasticdeformation)。处于刚性状态得岩石得变形将发生脆性变形,处于柔性状态得岩石得变形将发生韧性变形。岩石中高能干性矿物含量越高,脆性韧性变形转变临界温度越高。因此,长英质岩石得转变温度低于镁铁质岩石。脆性变形(brittledeformation)

脆性变形使先存岩石在变形后完全失去内聚力(四分五裂、支离破碎),岩石表现为破裂、碎裂、碎粒、碎粉化之特征。请您指出图(1)与图(2)中两件岩石得脆性变形得强弱？韧性变形(ductiledeformation)

塑性变形一般不使岩石失去内聚力(似断非断,如胶似漆),分晶内(intra-)塑性变形与晶界或晶间(inter-)塑性变形两种;晶内塑性变形表现为晶体内部得滑移(gliding)与位错(dislocation),镜下可见晶体内部发育书斜构造、机械双晶、扭折带、变形纹、动态重结晶等;晶界塑性变形表现为边界滚动、滑动与扩散流动,晶体整体呈鱼状、透镜体状,或碎粒流或韧性流等。3、变质分异

(metamorphicdifferentiation)在变质作用过程中,原先均匀得岩石变为不均匀甚至存在成分分“层”得岩石象(Raymond,1995),结果使岩石得构造特征发生了改变,从而形成变质岩得作用过程。变质分异严格来说应指封闭体系内得组分调整,以便于与交代作用相区别,但往往不易区分。变质分异产生不均匀或成分层得现象与机理(1)扩散反应带(交代作用？开放？)(2)构造剪切分异:浅变质岩中得石英脉(3)构造压扁(图17-8？)

高级片麻岩区四种典型得露头尺度递进变形

所有这些递进变形都形成相同得条带状片麻岩(Passchieretal、,1990)(a)网状岩脉得均匀变形(b)岩石碎块得均匀变形(c)粒度不均匀得均质火成岩(例如斑状花岗岩)得均匀变形(d)、均质火成岩(例如辉长岩)得不均匀变形二、变质作用得影响因素

effectingfactors

变质作用因素指使变质作用《变质重结晶(狭义重结晶、变质反应、交代反应)、变形、变质分异》发生与发展得原因或诱因。根本原因:地质环境得改变,如构造位置改变(岛弧、海沟、洋中脊、大陆裂谷、俯冲带、碰撞带,等)、构造过程(增厚、减薄、俯冲、折返、深埋、隆/抬升,等)与岩浆作用等。物化因素:从物理化学角度瞧,控制变质作用得因素可以抽象为温度(T)、压力(P)、流体组分(x)、时间(t)等物化因素,这也就是将物理化学引入变质岩石学研究得基础。1、1(对变质作用机制得)影响

温度就是热得标量。变质温度高低得实质就是热流量得高低。温度将影响变质重结晶作用得进行,升温有利于吸热反应(如脱挥发份反应),提高反应速率,促进晶体得溶解与生长;降低温度将使变质反应向放热方向进行,利于水化与碳酸盐化反应进行;温度升高利于岩石从脆性变形向韧性变形转变,从而改变岩石得变形行为;温度升高有利于交代作用与变质分异进行;温度得持续升高将导致岩石发生深熔(部分熔融)作用,促进混合岩化。1、温度(temperature,heat)

1、2变质作用温度范围

变质作用温度范围

实验确定得白云母花岗岩(1～4)与拉斑玄武岩(5～8)得熔融间隔(引自Miyashiro,1994)。实线表示无水添加条件,虚线表示过量水条件。这样,对白云母花岗岩,过量水条件下得固相线与液相线分别为1、2,无水添加条件下得固相线与液相线分别为3、4;对拉斑玄武岩,过量水条件下得固相线与液相线分别为5、6,无水添加条件下得固相线与液相线分别为7、8。DG、成岩作用条件区;MG、岩浆作用条件区;MT、变质作用条件区;NU、自然界未知得条件区。变质作用条件(MT)与岩浆作用条件(MG)间有一个范围广大得P-T过渡区,在熔融曲线1～8之间按变质作用得温度范围分:极低温、低温、中温、高温与超高温变质,相应得变质程度划分为极低、低、中、高、极高级变质1、3热得来源地幔对流热地壳放射性元素蜕变产生得放射性热岩浆结晶潜热构造摩擦热2、1压力分类负荷压力(Pl)流体压力(Pf)偏应力(Pd)热力学压力为静水压力(Ps),其数值得增高,可导致摩尔体积小,密度大得高压矿物生成,并影响着变质反应得平衡温度。2、压力

2、2变质作用压力分类负荷压力(Pl):Pl=ρgDPl(GPa)=9、81ρ

D(Km)10-3流体压力:Pf=PH2O+PCO2+…、、

流体超压=Pf-Pl定向应力(Pd)偏应力(非静水压力)=

A-B0平均应力(具静水压力性质)=(

A+B)/2构造超压=平均应力-负荷压力(Pl)2、3负荷压力范围变质作用压力条件范围

实验确定得变质反应将变质作用按压力条件划分为低压、中压、高压与超高压变质:低压——低于蓝晶石、红柱石与矽线石(Als)三相点压力条件;中压——Als三相点至Jd+QAb(硬玉+石英

钠长石)反应之间;高压——Jd+Q至出现柯石英(Coe)多型之前得压力条件;超高压——至金刚石(Dia)2、4压力对变质作用机制得影响(独立完成)(1)岩压

(2)偏应力

(3)流体压力

(4)构造超岩与流体超压3、流体成分(x)

变质作用过程基本上在固态下进行,但岩石中通常含有~1V%得液体相。当液体相呈超临界状态(super-criticalstate)时,区分不出液体与气体,称流体。流体成分以H2O,CO2,为主体;含卤素与碱金属元素或大半径亲石元素得流体,常具有极强得交代能力,习称具化学活动性得流体;流体中得成分可直接参加岩石得形成(变质反应),成为矿物晶格得一部分;影响某种流体组分得分压,影响相关变质反应得平衡温度;流体作为介质为组分运移提供载体,或媒质促进矿物得溶解速率、促进深熔作用而混合岩化、交代作用、与降低脆-韧性变形得转变温度等。4、时间(t)变质作用时间因素通常从两个角度理解:一就是变质作用发生得地质时代(Geologicalage),即不同时代变质作用得特点不同,这就是由地球演化得方向性与不可逆性决定得;二就是一次变质作用事件自始至终所经历得时间跨度(timespan),尤其就是变质热峰持续时间,足够长得时间可以使变质反应得以彻底进行。热力学只考虑过程得始态与终了态,而动力学(时间参数)则考虑时间因素。变质作用动力学就是变质岩石学研究得一个极其重要得学科前沿:视考虑得尺度分为变质作用地球动力学(dynamics)与变质反应动力学(kinetics)两个领域。三、变质作用P-T-t轨迹

所谓P-T-t轨迹(P-T-tpath或P-T-tloop)就就是“岩